專利名稱：改進了的粉末涂料組合物及方法
背景技術：
為在各種底材上施加彩色涂層的靜電涂裝方法是眾所周知的。在該方法中使用的組合物是成膜聚合物和具有所需顏色的一種或多種顏料的可帶電的粉末混合物。遺憾地是，在過去，為用于粉末噴涂器的這類粉末涂料組合物的制備存在著與片狀顏料有關的問題。
為了使外觀效果達到最好，金屬性材料的片狀顏料依賴于它們的薄層狀結構。這種片包括例如金屬薄片如鋁、青銅和不銹鋼片以及天然或合成的珠光顏料，可以例舉，如天然珍珠粉或涂布有金屬氧化物的底材如涂布有二氧化鈦的云母、涂布有氧化鐵的云母、涂布有二氧化鈦的玻璃、涂布有氧化鐵的玻璃和涂布有鐵的鋁薄片。在制造粉末涂料組合物時所采用的擠壓或研磨過程會破壞這種金屬的或珠光般的顏料的薄層狀結構，結果制得的涂層外觀顯示減低的光澤效果。
工業(yè)上已經(jīng)試圖通過干混合顏料和聚合物粉末，即聚合物載體與顏料機械混合來避免上述問題。遺憾地是，顏料和粉末微粒通常產(chǎn)生不同的電荷負載量，結果是當粉末涂料組合物靜電噴涂在底材上時發(fā)生顏色變換。除此之外，在那些不附著在底材上、并且然后被回收的噴涂組合物中，顏料趨于從粉末中分離出來，這使得回收材料難于再利用。
為了克服由于干混合過程導致的問題，人們開發(fā)了一種摻混工藝，其中將粉末基材和顏料混合，然后將其加熱到足夠高的溫度以軟化粉末微粒的表面，以使顏料能結合在這些微粒的表面上，如在美國專利5,187,220中所述的。盡管該方法適用于電暈靜電法，并且減輕了再利用過度噴涂粉末的問題，但是在最終混合物中也遺留了兩個顯然不同的表面。而且，該工序?qū)τ谀Σ领o電法也不適用。
在美國專利No.5,824,144中，記載了在本技術領域方面的重要改進，其公開的內(nèi)容全部引入本發(fā)明并作為參考。如其所述，使含金屬的薄片狀顏料具有聚合物或其它粘性液體材料的粘性表面。當該已處理的顏料與粉末涂料組合物混合時，粉末附著在顏料表面，進而使色分離達到最小。顏料也被粉末包膠進而得到單層表面。那些不附著在粉末材料上的顏料微粒的較理想的負載也得以實現(xiàn)。
在粉末涂料組合物中使用含金屬的薄片狀顏料的重要問題是能夠加入的顏料濃度的局限性。盡管在單一應用環(huán)境或?qū)嶒炇抑蓄伭狭孔罡呖蛇_到約10％或更高，但是當在較大規(guī)模操作時，如商業(yè)規(guī)模，濃度只能限于約3％。當濃度超過約3％時，會出現(xiàn)許多問題。這些問題包括噴槍堵塞、斑污的板外觀和色分離。
現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，一種以前研制出來的用于使室外用的珠光顏料具有改進的耐濕性和全面耐候性、并且用在液體涂料體系例如含溶劑的或含水的汽車油漆體系(例如著色底色漆和透明面漆)的處理方法在粉末涂料方面可提供優(yōu)良性能。當加入到粉末涂料中時，室外顏料的處理可以意想不到地改進顏料的施用性能。這種改進包括，在靜電槍的尖端處較少發(fā)生顏料的淤塞，進料管線的傳輸上的改善，改進的顏料傳輸效率和更加均勻的涂層外觀。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及一種改進的珠光顏料粉末涂料組合物以及粉末涂裝方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種粉末涂料組合物，其含有微粒樹脂載體和微粒顏料的混合物，其中顏料是薄片狀含金屬顏料，其具有水合的氧化鋁或水合的氧化鈰和氧化鋁的第一涂層，以及在第一層上面或與其相互混合的水解硅烷偶聯(lián)劑的涂層。使用這種粉末涂料組合物可以提供改進的粉末涂料施工方法。
發(fā)明詳述本發(fā)明的粉末涂料組合物是常規(guī)用于靜電應用的、經(jīng)干混的粉末涂料組合物，其中的顏料已按如下所述方式處理。所以迄今為止使用的任何已知微粒樹脂載體都可以用在本發(fā)明的組合物和方法中。由于在本發(fā)明中使用改進的顏料，典型的顏料濃度最高可以達到整個粉末的約8％。典型地，依據(jù)所需效果，顏料將構成組合物的約1-8％。
本發(fā)明的顏料是薄層狀的，即是一種類似薄片狀物的顏料。薄片狀物可以由諸如鋁、青銅或不銹鋼的薄片狀反射金屬制得，或者也可以是任意天然或合成的珠光顏料。天然珠光顏料包括天然珍珠粉，合成顏料包括涂布有金屬氧化物的云母顏料、涂布有金屬氧化物的玻璃薄片、涂布有鐵的鋁薄片和涂布有還原鈦的云母?；谏虡I(yè)考慮，最經(jīng)常使用二氧化鈦和氧化鐵。然而，依據(jù)本發(fā)明，任何薄層狀顏料都可以進行處理。
用水合氧化鋁涂布涂有金屬氧化物的云母顏料的方法本身是已知的。該方法例如記載于美國專利No.5,091,011中。該文件的全部引入本發(fā)明并作為參考。簡要地講，通過攪拌使顏料分散在水中，然后將鋁化合物例如氯化鋁、硫酸鋁或硫酸鋁鉀與中和試劑例如氫氧化鈉、氫氧化鉀、氨或尿素同時作為水溶液加入。最終的水解使得水合氧化物沉積在底材上。按該文記載，鋁化合物必須足夠慢地添加以在薄片狀物上形成光滑、連續(xù)的層，速率范圍為每分鐘每克顏料約0.03-0.1毫克Al，優(yōu)選每分鐘每克顏料0.005-0.07毫克Al。使用一定量鋁化合物溶液以制備基于顏料整體重量的，含有約0.05-1.2％鋁，優(yōu)選約0.1-0.8％的鋁的水合氧化鋁涂層。鋁濃度為約1.2％的顏料在穩(wěn)定性方面不如含有較低濃度鋁的顏料有效。在沉積涂層之后，可以過濾、用水洗滌和在任意適宜的溫度下干燥產(chǎn)品。應當避免使用足以煅燒水合氧化鋁的溫度。
基本上由水合的氧化鈰和氧化鋁結合構成涂層的顏料的涂裝本身也是已知的。該內(nèi)容例如記載于美國專利No.5,423,912中。該文件全部引入本發(fā)明并作為參考。簡要地講，顏料分散液體里，從該液體中鈰和鋁可以容易地沉淀在顏料的表面。這種液體宜是，且優(yōu)選是水分散體。在分散體中，固體顏料通常約占5-30％，優(yōu)選約10-20％，鈰和鋁各自以可溶解于液體介質(zhì)中的鹽形式加入到分散體中。盡管可以使用其它鹽，優(yōu)選硝酸鹽?；陬伭系闹亓?，以鈰的重量百分比計，宜沉積約0.1-1.5％，更優(yōu)選0.2-0.6％的氫氧化鈰，和以鋁的重量百分比計，沉積約0.1-1％，更優(yōu)選0.2-0.6％的氫氧化鋁。鹽可以以任意順序單獨添加到淤漿中并沉積或優(yōu)選同時添加并沉積。通過提高PH值達到大于約5來控制沉淀，優(yōu)選值為約5.5-7.5。沉積步驟完成之后，被處理的產(chǎn)品通過任意適宜地方法例如過濾、離心作用或沉降從分散體中分離出來，然后洗滌和干燥。
本發(fā)明的用鋁或鋁-鈰處理的顏料還用水解硅烷偶聯(lián)劑或這些試劑的混合物額外處理。已知，這些是可以作為有機材料和無機材料之間的界面以增強兩者之間親合力的化合物。所以，硅烷偶聯(lián)劑通常具有有機官能團和與硅直接或間接鍵合的硅官能基團。硅官能基團通常是烷氧基，優(yōu)選C1-4的烷氧基。
可以應用于本發(fā)明的硅烷偶聯(lián)劑的實例有γ-(2-氨乙基)氨丙基三甲氧基硅烷、氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(2-氨乙基)氨丙基甲基二甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基甲基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-巰醇基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙酰氧基硅烷、γ-氯丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧硅烷、三甲基氯硅烷、γ-異氰本根合丙基三乙氧硅烷等。
應當選擇硅烷偶聯(lián)劑，以適用于與所用的顏料相結合的任何有機材料。
通過干或濕混合用硅氧烷偶聯(lián)劑處理顏料。例如，于水中或水和有機溶劑的混合物中的試劑的水溶液可以添加到顏料的含水淤漿中。優(yōu)選硅烷是預先水解的，例如在適當?shù)囊欢螘r間內(nèi)攪拌水中的偶聯(lián)劑。也可以在混合的時候?qū)崿F(xiàn)水解。通常，基于100重量份的所處理顏料使用約0.1-10重量％，優(yōu)選約0.25-5重量％的硅烷偶聯(lián)劑。偶聯(lián)劑與顏料結合一段時間以使反應進行，這需要進行幾分鐘到幾小時或更長的時間，優(yōu)選約3-24小時。然后，可按常規(guī)方式例如過濾、離心等回收已處理的顏料，并干燥。如果需要，偶聯(lián)劑的處理和鋁/鈰的處理也可以結合進行。
為更能進一步說明本發(fā)明，下面列舉各種非限定性的實施例。在這些實施例中，以及貫穿整個說明書和權利要求書中的所有的份數(shù)和百分比都以重量計算，所有的溫度都是℃，除非另有說明。
實施例1采用一種反射藍色的涂布有TiO2的云母顏料，含53％的TiO2和1％的SnO2，且長度基本上為5-50μm長度的薄片狀物作為底材。顏料的等分試樣(250克)分散在3升的蒸餾水中，并在60℃下伴隨攪拌加熱。用鹽酸調(diào)整PH達到5.5，然后在57分鐘內(nèi)，以4毫升/分鐘的速度添加2.91％AlCl3·6H2O(3.3毫克Al/毫升)。同時，添加3.5％苛性堿溶液以保持PH為5.5。攪拌15分鐘之后，過濾并用蒸餾水清洗產(chǎn)品，并在110℃下干燥。水合氧化鋁含有基于被處理顏料整體重量0.3％的鋁。
將400克被鋁表面處理的涂布有二氧化鈦的云母進料放置在裝備有增強棒的V形漏斗混合器中。通過攪拌10克γ-環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷和22克去離子水1小時來制備水解的硅烷偶聯(lián)劑。2.44克水解的硅烷隨著在混合器中翻轉(zhuǎn)霧化在顏料上，并且劇烈混合約20分鐘以使硅烷均勻分布在顏料上。然后，靜置該混合物2小時以使偶聯(lián)劑和顏料充分反應。
實施例2按照實施例1的步驟進行，采用的顏料是反射紅色的涂布有氧化鐵的云母(40％Fe2O3)，所含薄片狀物主要為5-40μm的長度。在114分鐘內(nèi)，添加氯化鋁溶液。過濾、清洗和干燥之后，產(chǎn)品所含的水合氧化物中含有0.6％的鋁。
實施例3將用乙酸調(diào)整pH達到4的(3-環(huán)氧丙氧基丙基)三甲氧基硅烷的2％水溶液攪拌60分鐘。將足量被鋁處理的實施例1的涂布有二氧化鈦的云母添加到溶液中以得到20％的淤漿濃度，并始終攪拌淤漿。約2.5小時之后，通過過濾從含水淤漿中回收顏料，然后在80℃下干燥16小時。
實施例4重復實施例3的步驟，但使用的硅烷是β-(3，4-環(huán)氧環(huán)己基)乙基三甲氧基硅烷。
實施例5重復實施例3的步驟，但使用的硅烷是γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。
實施例6重復實施例3的步驟，但使用的硅烷是γ-環(huán)氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷和辛基三乙氧基硅烷的混合物。
實施例7將按照實施例1的步驟用氫氧化鈰和硅烷處理過的并具有珍珠外觀的八份涂布有二氧化鈦的云母珠光顏料與100份黑聚酯粉末干燥混合(RAL9005購自H.B.Fuller商業(yè)代碼為P3M5855)。將聚酯粉末和顏料混合并搖動5分鐘，首先通過30目的篩子，然后通過60目的篩子篩分，收集的材料再另外搖動5分鐘。然后使用電暈噴槍將混合物靜電施加在鋁板上，在電爐中固化該板10分鐘。最終的板呈現(xiàn)光滑、均勻的外觀并且在噴槍的噴嘴尖端未出現(xiàn)明顯的淤塞。
為作對照，重復上述步驟，但所用顏料是商業(yè)上可以購得的珠光鉻處理的室外等級的珠光顏料。在該實施例中，有相當多的顏料淤積在噴槍尖端，且得到的涂層外觀相對不均勻，顏色暗，表明有較少百分率的顏料存在于板上。
實施例8在另外的用于測定轉(zhuǎn)移效率的試驗中，重復實施例7的處理過程。在被涂布的板烘烤之前，從板上刮下涂料粉末并分析以測定轉(zhuǎn)移效率和噴涂之前和之后的平均直徑。樣品中顏料的量通過灰化樣品和對灰分定量稱重來確定。如果所有的顏料都轉(zhuǎn)移到板上，灰分中顏料的量將與干燥涂料混合物中的量相同。
結果列于下面的表中，其中“基材”指不含顏料的RAL9005，“Ce/Si”指使用本發(fā)明顏料的干混粉末，“Cr干混”指使用對照的鉻處理顏料的干混粉末，而“Cr鍵合”指在上述美國專利No.5,187,220中所述應用于被鉻處理的顏料的產(chǎn)品，其中粉末基材和顏料混合、加熱到軟化點導致顏料與粉末表面的結合。
表1
實施例9重復實施例7的步驟，所不同的是混合粉末和顏料，然后在噴涂之前僅搖動5分鐘。使用本發(fā)明珠光顏料可以賦予成品粉末流動性，這有助于在涂裝設備的漏斗和傳輸管中的流體化作用?？梢杂^察到粉末自由流動，在傳輸管中沒有留下聚集的殘留材料。在噴涂中，顏料不與粉末分離，在折流板上沒有殘留珠光著色劑。使用未按本發(fā)明處理的其它珠光著色劑，發(fā)現(xiàn)聚集在折流板上的珠光著色劑不斷結塊，或者轉(zhuǎn)移到涂布的板上，產(chǎn)生斑點和缺陷。
實施例10重復實施例7的步驟，但使用了涂布有氧化鐵的云母顏料。發(fā)現(xiàn)在光滑性方面有改進。
在本發(fā)明的方法和產(chǎn)品方面，可以進行不偏離其宗旨和范圍的各種改變和調(diào)整。在本文中記載的各種具體實施方案只是為解釋說明而不限制本發(fā)明。
權利要求
1.一種粉末涂料組合物，含有微粒樹脂載體和微粒顏料的混合物，其中顏料是薄層狀含金屬顏料，其上有水合氧化鋁或者水合的氧化鈰和氧化鋁之組合的第一涂層，以及在第一層上面或與其相互混合的水解硅烷偶聯(lián)劑涂層。
2.根據(jù)權利要求1的粉末涂料組合物，其中硅烷偶聯(lián)劑包括非氨基硅烷偶聯(lián)劑。
3.根據(jù)權利要求2的粉末涂料組合物，其中非氨基硅烷偶聯(lián)劑含有烷氧基殘基。
4.根據(jù)權利要求3的粉末涂料組合物，其中顏料是涂布有二氧化鈦的云母或涂布有氧化鐵的云母。
5.根據(jù)權利要求1的粉末涂料組合物，其中硅烷偶聯(lián)劑是三甲氧基硅烷偶聯(lián)劑。
6.根據(jù)權利要求1的粉末涂料組合物，其中所述硅烷偶聯(lián)劑是非氨基硅烷偶聯(lián)劑和氨基硅烷偶聯(lián)劑的組合。
7.根據(jù)權利要求1的粉末涂料組合物，其中硅烷偶聯(lián)劑包括烷基烷氧基硅烷。
8.根據(jù)權利要求1的粉末涂料組合物，其中顏料是涂布有二氧化鈦的云母。
9.根據(jù)權利要求1的粉末涂料組合物，其中顏料是涂布有氧化鐵的云母。
10.一種制備權利要求1的粉末涂料組合物的方法，該方法包括干混合微粒樹脂載體和微粒顏料，其中顏料是薄層狀含金屬顏料，其上有水合的氧化鋁或者水合的氧化鈰和氧化鋁之組合的第一涂層，以及在第一層上面或與其相互混合的水解硅烷偶聯(lián)劑涂層。
11.根據(jù)權利要求10的方法，其中硅烷偶聯(lián)劑包括非氨基硅烷偶聯(lián)劑。
12.根據(jù)權利要求11的方法，其中非氨基硅烷偶聯(lián)劑含有烷氧基殘基。
13.根據(jù)權利要求10的方法，其中顏料是涂布有二氧化鈦的云母。
14.根據(jù)權利要求10的方法，其中顏料是涂布有氧化鐵的云母。
15.一種靜電涂布底材的方法，在該方法中通過使帶電的涂料組合物接近具有相反電荷的底材，其特征包括使用權利要求1所述的粉末涂料組合物作為涂料組合物。
16.根據(jù)權利要求15的方法，其中硅烷偶聯(lián)劑包括非氨基硅烷偶聯(lián)劑。
17.根據(jù)權利要求16的方法，其中非氨基硅烷偶聯(lián)劑含有烷氧基殘基。
18.根據(jù)權利要求15的方法，其中顏料是涂布有二氧化鈦的云母。
19.根據(jù)權利要求15的方法，其中顏料是涂布有氧化鐵的云母。
全文摘要
一種含有經(jīng)鋁或鋁－鈰的氧化物的涂層和水解的硅烷偶聯(lián)劑處理的表面的薄層狀顏料，可以用作粉末涂料組合物的顏料。通過使顏料與粉末狀的成膜聚合物相結合，可以生產(chǎn)應用于靜電涂裝的成膜組合物。
文檔編號C09C3/12GK1505670SQ01811555
公開日2004年6月16日 申請日期2001年5月31日 優(yōu)先權日2000年6月20日
發(fā)明者J·M·巴加拉, K·N·比爾, J M 巴加拉, 比爾 申請人:恩格哈德公司